Equipe avança com corantes fluorescentes para visualizar melhor a ordem da membrana lipídica em células vivas
Desenvolvimento de sondas de membrana solvatocrômica e conceito de design molecular. a) Desenvolvimento histórico de sondas de membrana solvatocrômica. b) Diagrama conceitual do desenho molecular. Os elementos em preto são fotoquimicamente necessários, enquanto os elementos em vermelho são biologicamente necessários. Crédito:Ciência Avançada (2024). DOI:10.1002/advs.202309721 Uma nova sonda solvatocrômica poderia ajudar a esclarecer a relação entre a fluidez da membrana lipídica e várias funções celulares, relatam cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio e da Universidade de Kyushu. Graças a um design inovador, a sonda proposta oferece notável estabilidade, baixa toxicidade e propriedades fluorescentes excepcionais, tornando possível visualizar mudanças em tempo real na ordem da membrana lipídica durante processos complexos, como a divisão celular.
As descobertas foram publicadas na revista Advanced Science .
As membranas lipídicas são mais do que simples barreiras que separam células e organelas do ambiente circundante. Eles também desempenham papéis importantes em diversas funções celulares, como movimento celular, troca de materiais, gerenciamento de resíduos e detecção.
Em geral, as membranas lipídicas realizam essas façanhas com a ajuda de proteínas e outras moléculas, que estão intrinsecamente integradas na estrutura da membrana, muitas vezes modificando sua fluidez ou ordem. Conseqüentemente, o estudo da ordem da membrana lipídica é um subcampo importante na biologia celular, até porque muitas doenças podem causar ou ser causadas por anormalidades na ordem da membrana lipídica.
Para visualizar a fluidez da membrana lipídica, os cientistas normalmente empregam substâncias fluorescentes conhecidas como sondas solvatocrômicas ou corantes. O termo "solvatocrômica" significa que a luz emitida pela molécula muda de cor dependendo da polaridade do ambiente circundante.
Assim, quando introduzidos numa membrana lipídica, a cor emitida por estes corantes depende da ordem da membrana lipídica, que está intimamente relacionada com a polaridade. No entanto, os corantes solvatocrômicos convencionais enfrentam vários desafios, incluindo baixa estabilidade, baixas emissões fluorescentes, toxicidade celular e dependência da luz ultravioleta como fonte de excitação.
No estudo, a equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Tóquio e da Universidade de Kyushu, no Japão, procurou superar todos esses obstáculos. O grupo de pesquisa, liderado pelo professor associado Gen-ichi Konishi da Tokyo Tech e pelo professor Junichi Ikenouchi da Universidade de Kyushu, desenvolveu um novo corante solvatocrômico que poderia revolucionar a imagem da ordem lipídica em tempo real.
Para desenvolver a sua nova sonda, a equipa primeiro investigou e comparou as propriedades fotofísicas de vários corantes diferentes. Depois de algumas tentativas e erros, eles chegaram a um projeto molecular específico que atendeu a todas as suas expectativas. A versão final da sonda, 2-N,N-dietilamino-7-(4-metoxicarbonilfenil)-9,9-dimetilfluoreno (FπCM), incluía uma estrutura plana que consiste em uma parte doadora de elétrons e uma parte aceitadora de elétrons unidas por uma ponte π. Essa configuração facilitou as transferências de carga intramoleculares, essenciais para definir as propriedades solvatocrômicas e fluorescentes da molécula.
Os pesquisadores avaliaram o desempenho do corante proposto por meio de uma série abrangente de experimentos. FπCM demonstrou propriedades fluorescentes excepcionais e notável estabilidade química não apenas em solventes e membranas lipídicas artificiais, mas também em condições fisiológicas em células vivas.
Um dos aspectos mais atraentes do corante proposto foi sua fotoestabilidade a longo prazo, como observa o Dr. Konishi:"Em nossos experimentos, FπCM poderia persistir por aproximadamente cinco horas, enquanto Prodan e Laurdan, dois corantes solvatocrômicos bem estabelecidos, seriam completamente extinto em aproximadamente 30 minutos O fato de termos usado luz laser confocal relativamente intensa sugere que o FπCM também seria resistente à luz intensa proveniente de vários dispositivos."
Notavelmente, a equipe conseguiu observar com sucesso a fluidez da membrana lipídica durante todo o processo de divisão celular, o que implica que o FπCM não é tóxico, ao contrário de outros corantes solvatocrômicos de última geração. Além disso, a sonda proposta pode ser facilmente modificada para produzir derivados de FπCM direcionados a membranas lipídicas específicas, como aquelas encontradas em organelas celulares como mitocôndrias e retículo endoplasmático.
"Acreditamos que a investigação da correlação entre a ativação das proteínas da membrana em resposta a estímulos e as transições de fluidez da membrana espaço-temporal lançará luz sobre os mecanismos subjacentes às diversas funções da membrana", conclui o Dr. "Como a imagem ao vivo com FπCM e derivados específicos de organelas pode ser facilmente realizada com microscópios confocal convencionais, a ordem das membranas pode se tornar uma fonte de informação padrão e amplamente acessível para biólogos celulares."
Com alguma sorte, as propriedades excepcionais do FπCM ajudarão os biólogos a desvendar os segredos por trás do funcionamento interno das células.
